Giới thiệu các loại hình lò hơi công nghiệp và cấu tạo hoạt động.

Lò hơi là một thiết bị không thể thiếu trong nền kinh tế quốc dân, nền công nghiệp hiện đại. Lò hơi không những được dùng trong các khu công nghiệp lớn như nhà máy nhiệt điện, khu công nghiệp, mà còn được sử dụng tại cơ sở kinh tế nhỏ, như nấu cơm, sấy, sưởi ấm v.v

Giới thiệu loại hình lò hơi công nghiệp

Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất vận hành phức tạp nhất. Lò có quy trình cơ khí hoá và tự động hoá cao, làm việc bảo đảm và hiệu suất tương đối cao, có nhiệm vụ sản xuất hơi để cung cấp hơi chạy Tuabin.

Trong các lĩnh vực công nghiệp, lò hơi dùng để sản xuất hơi nước. Hơi nước sẽ làm chất trung gian tải nhiệt và sẽ truyền nhiệt lượng cho sản phẩm cần gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt. Việc dùng lò hơi để sản xuất hơi nước trung gian, sau đó hơi nước gia nhiệt cho vật phẩm có ưu điểm hơn so với dùng điện để gia nhiệt. Tùy theo mục đích sử dụng mà cấu tạo lò hơi có thể rất khác nhau. Vì vậy, việc phân loại chúng cũng rất khác nhau:

• Theo chế độ đốt nhiên liệu trong buồng lửa có các loại: lò ghi gồm lò ghi thủ công (ghi cố định), lò ghi nửa cơ khí và lò ghi cơ khí, lò phun đốt với nhiên liệu lỏng hay khí, đốt bột than, thải xỉ lỏng hay thải xỉ khô, vv.
• Theo chế độ tuần hoàn của nước gồm các loại: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, đối lưu tự nhiên.
• Theo lịch sử phát triển lò có các loại: kiểu bình, ống lò, ống lửa, ống nước.
• Theo thông số hay công suất của lò có lò hơi công suất thấp, trung bình, cao, siêu cao, vv.
• Theo công dụng có lò hơi tĩnh, lò hơi nửa di động và di động, lò hơi công nghiệp, lò hơi cho phát điện.

Những phương pháp phân loại lò hơi như trên chỉ thể hiện một vài đặc tính nào đó của lò hơi, vì vậy trong thực tế khi gọi tên lò hơi, người ta thường kết hợp nhiều kiểu phân loại, ví dụ như: lò đốt than phun có bao hơi, lò ghi cố định ống nước nằm nghiêng, vv.

Nguyên lý cấu tạo và làm việc của một số dạng lò hơi công nghiệp

Lò hơi ống lò- ống lửa

Lò hơi ống lò: là lò hơi đơn giản nhất có dạng một bình hình trụ, khói đốt nóng ngoài bình. Để tăng bề mặt truyền nhiệt của lò người ta có thể tăng chỉ số bình của lò, có nghĩa là tăng bề mặt truyền nhiệt của lò bằng cách đặt vào trong bình lớn nhất một hoặc ba ống 500÷800 mm gọi là ống lò.

Lò hơi ống lò đặt đứng kiểu Su-Khốp

• Ưu điểm của loại lò này là không đòi hỏi nhiều về bảo ôn buồng lò, có thể tích chứa nước lớn.
• Nhược điểm là khó tăng bề mặt truyền nhiệt theo yêu cầu công suất, hơi sinh ra thường là hơi bảo hòa, và thường có công suất nhỏ.

Lò hơi ống lửa:

Mặt cắt của lò hơi ống lửa

Tương tự như ống lò, nhưng ở đây ống lò được thay bằng các ống lửa với kích thước bé hơn (50÷150). Với loại lò hơi này, khí nóng đi qua các ống và nước cấp cho lò hơi ở phía trên sẽ được chuyển thành hơi. Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến áp suất hơi trung bình. Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưu thế với tỷ lệ hơi lên tới 12 tấn/giờ và áp suất lên tới 18 kg/cm2. Các lò hơi này có thể sử dụng với dầu, ga hoặc các nhiên liệu lỏng.

• Ưu điểm loại lò này là bề mặt truyền nhiệt lớn, suất tiêu hao kim loại giảm so với ống lò.
• Nhược điểm loại này vẫn hạn chế khả năng tăng công suất và chất lượng hơi theo yêu cầu.

Lò hơi buồng lửa tầng sôi

Lò hơi buồng lửa tầng sôi (FBC) gần đây nổi lên như là một lựa chọn khả thi và có rất nhiều ưu điểm so với hệ thống đốt truyền thống, nó mang lại rất nhiều lợi ích: thiết kế lò hơi gọn nhẹ, nhiên liệu linh hoạt, hiệu suất cháy cao hơn và giảm thải các chất gây ô nhiễm độc hại như SOx và NOx. Nhiên liệu đốt của những lò hơi loại này gồm có than, vỏ trấu, bã mía, và các chất thải nông nghiệp khác. Lò hơi buồng lửa tầng sôi có các mức công suất rất khác nhau từ 0,5 tấn/giờ cho tới hơn 100 tấn/giờ.

Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí (AFBC):

Lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí

Phần lớn các lò hơi vận hành dạng này là theo quá trình cháy tầng sôi không khí (AFBC). Quá trình này phức tạp hơn là bổ sung một buồng đốt tầng sôi vào lò hơi vỏ sò truyền thống. Những hệ thống như thế này được lắp đặt tương tự như lò hơi ống nước. Nhiên liệu được đập theo cỡ 1÷10 mm phụ thuộc vào loại nhiên liệu, loại nhiên liệu cấp cho buồng đốt. Không khí khí quyển, đóng vai trò là cả khí đốt và khí tầng sôi, được cấp vào ở một mức áp suất, sau khi được đun nóng sơ bộ bằng khí thải. Những ống trong tầng nhiên liệu mang nước đóng vai trò là thiết bị bay hơi. Những sản phẩm khí của quá trình đốt đi qua bộ phận quá nhiệt của lò hơi, qua bộ phận tiết kiệm, thiết bị thu hồi bụi và thiết bị đun nóng khí sơ bộ trước khi ra không khí.

Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp (PFBC):

Lò hơi buồng lửa tầng sôi điều áp

Ở loại lò hơi này, một máy nén khí sẽ cung cấp khí sơ cấp cưỡng bức (FD) và buồng đốt là một nồi áp suất. Tốc độ thoát nhiệt trong tầng sôi tỷ lệ với áp suất của tầng sôi và do dó, tầng sâu sẽ giúp thoát nhiệt nhiều. Nhờ vậy, hiệu suất cháy và sự hấp thụ S₂ trong tầng nhiên liệu hơi được tạo ra trong hai ống, một nằm trong tầng sôi và một nằm trên. Khí lò nóng có thể chạy tua bin sử dụng gas phát điện. Hệ thống PFBC có thể được sử dụng trong đồng phát (hơi và điện) hoặc phát điện chu trình kết hợp. Việc vận hành chu trình kết hợp (tua bin dùng gas và tua bin chạy bằng hơi nước) sẽ cải tiện hiệu suất chuyển đổi toàn phần từ 5÷8%.

Lò hơi sử dụng nhiên liệu phun

Hầu hết các nhà máy nhiệt điện (than) đều sử dụng lò hơi dùng nhiên liệu phun, và rất nhiều lò hơi ống nước công nghiệp cũng sử dụng loại nhiên liệu phun này.

 Lò hơi đốt than phun có bao hơi

Đây là loại nồi hơi có thể dùng nhiên liệu lỏng (mazut), nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí lò cốc, vv) nhiên liệu rắn đã nghiền thành bột.

Than bột với kích thước khoảng 40µm (đường kính các hạt dưới 90µm chiếm 80÷90%) được phun vào buồng lửa bằng gió cấp 1 qua các vòi phun với tốc độ từ 12÷26m/s. Bột than được nhận nhiệt và tiếp xúc với không khí đã được sấy nóng thoát chất bốc và cháy. Không khí cấp vào lò gồm gió cấp 1, cấp 2 và có thể có gió cấp 3 (hỗn hợp của không khí với bột than sau hệ thống nghiền than); tùy theo loại nhiên liệu người ta lựa chọn tỷ lệ giữa các loại gió cấp 1 và 2. Nhiệt độ gió cấp 1 có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình cháy. Thực nghiệm cho thấy không khí sấy đến 900^oC thì khi tiếp xúc với bột than sẽ bén lửa và cháy ngay, ở 700^oC sẽ bốc cháy sau 0,4s và ở 100^oC bốc cháy sau 1,6s. Khi cháy nhiệt sinh ra trong buồng lửa. Do quá trình trao đổi nhiệt, nhiệt độ hệ thống ống sinh hơi ở vách lò giảm đi nên nhiệt độ trong buồng lửa không đều. Tại trung tâm nhiệt độ cao nhất có thể đạt tới 1500÷1600^oC hoặc cao hơn; càng gần dàn ống nhiệt độ càng giảm.

Quá trình cháy của nhiên liệu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như tính chất của nhiên liệu, nồng độ bột than, nhiệt độ và tốc độ của hỗn hợp bột than và không khí, nhiệt độ không khí v.v.

Nồng độ bột than được lựa chọn thích hợp cho từng loại than. Nồng độ này thường nằm trong khoảng 400÷500 g/m³.

Nhiệt độ hỗn hợp không khí và bột than càng cao quá trình cháy sẽ xảy ra nhanh, hiệu suất cháy nâng lên, song cần tránh hiện tượng tự bốc cháy trong ống dẫn nhiên liệu. Vì vậy, giới hạn trên của nhiệt độ này không quá 400^oC.

Lò hơi kiểu than phun

• Ưu điểm: Đây là loại lò tương đối hiện đại, công suất từ trung bình trở lên; vận hành đòi hỏi kỹ thuật cao. Hiệu suất nhiệt cao, đốt được nhiều loại nhiên liệu, kể cả loại có chất lượng tương đối thấp, có thể tự động hóa và điềuchỉnh linh hoạt.
• Nhược điểm: Loại lò này cồng kềnh do cần thêm các hệ thống phụ như hệ thống nghiền than, sấy than v.v. Quán tính nhiệt nhỏ, nên dễ bị tắt lò, vì vậy thường phải bố trí thêm các vòi phun dầu hỗ trợ, đặc biệt khi giảm phụ tải. Do nhiệt độ cháy trong buồng lửa lớn nên các khí phát thải có hại như NO_x, SO_x không thể hạn chế được.

Lò đốt than phun trực lưu 

Lò trực lưu ra đời vào năm 1925÷1930 và có môi chất chuyển động cưỡng bức. Đặc điểm làm việc của lò là môi chất làm việc một chiều, từ lúc vào ở trạng thái nước cấp tới lúc ra ở trạng thái hơi quá nhiệt có thông số quy định.

Cấu tạo lò hơi trực lưu

• Ưu điểm:

- Do không có bao hơi và rất ít ống góp nên tốn rất ít kim loại, khung lò và bảo ôn nhẹ nhàng thuận lợi hơn;

- Khắc phục được những thiếu sót về tuần hoàn tự nhiên; như tốc độ tuần hoàn bé hay không có tuần hoàn;

Cho phép tăng áp suất của hơi lên cao. Mặt khác, chỉ có lò hơi trực lưu mới sản xuất ra được hơi có áp suất tới hạn.

Nhược điểm lớn nhất của lò hơi trực lưu là đến nay vẫn chưa khắc phục được là yêu cầu cấp nước phải đặc biệt sạch. Hơn nữa, lượng nước trong lò ít (không có bao hơi) nên lò hơi trực lưu thường chỉ dùng khi phụ tải thay đổi ít.